СИСТЕМА ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ И RFID-ИДЕНТИФИКАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к области сельского хозяйства и пищевых продуктов и может быть использована для экспресс-диагностики ключевых показателей (согласно законодательству РФ) с параллельной RFID-идентификацией (Radio Frequency IDentification, радиочастотная идентификация) животных, пищевых продуктов, биологических образцов и диагностических тестов и объединением полученной информации с целью формирования контрольно-отчетной документации.

Существует способ автоматической радиочастотной идентификации объектов (RFID), в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в транспондерах, или RFID-метках (см. статью «RFID» в Интернете http://www.ru.wikipedia.org/wiki/RFID, распечатано 16.09.2013 [1]). RFID-технологии используются, в том числе, в сельском хозяйстве, а также для опознавания животных (см. статью «Чипирование животных» в Интернете http://www.ru.wiki/Чипирование_животных, распечатано 16.09.2013 [2]).

На практике применяется также и использование хроматографических мембран - иммунострипов для поведения иммунохроматографического анализа с целью экпресс-диагностики инфекционных и инвазионных заболеваний у животных (см. статью «Иммунохроматографический анализ» в Интернете http://www.vetdoktor.com/articles.php, распечатано 17.09.2013 [3]).

Известна и система идентификации биологических объектов (животных), содержащая транспондеры, размещенные на животных, два считывающих устройства, расположенных в местах входа/выхода для животных, и связанный с ними блок обработки данных, выполненный с возможностью регистрации данных, полученных от считывающих устройств, и формирования базы данных (US 2006/0267767 А1, опубликовано 30.11.2006 [4]).

Данная система позволяет только идентифицировать животных и не предназначена для диагностики их заболеваний или иных состояний.

Известны варианты системы экспресс-диагностики биологических объектов с использованием RFID-меток (US 2006/0290496 А1, 28.12.2006 [5]). Диагностическая система по одному из вариантов включает сенсор с RFID-меткой, интегрированные в полоску для адгезионного закрепления на биологическом объекте (например, на человеке), и считывающее устройство - ридер, встроенный в мобильный телефон. С помощью RFID-метки можно дистанционно определить повышение температуры тела человека, а также другие диагностические параметры, определяемые сенсором и передаваемые на ридер посредством RFID-метки. В другом варианте диагностическая система включает иммунострип, в который интегрированы сенсор с RFID-меткой, и ридер, соединенный с блоком обработки данных. Система используется для экспресс-анализа, например, пищевых продуктов или биологических жидкостей на содержание антител. Наиболее близким к предложенной системе можно считать любой из вариантов.

Ни один из вариантов системы не позволяет осуществлять диагностику биологических объектов одновременно с их идентификацией.

Задачей, для решения которой предназначена заявляемая система, является экспресс-диагностика инфекционных заболеваний сельскохозяйственных животных и птиц или проведение экспресс-анализа качества пищевой продукции и кормов, а также RFID-идентификация животных, биологических образцов и диагностических тестов с последующим объединением полученной информации и формированием контрольно-отчетной документации.

Поставленная задача решается системой экспресс-диагностики биологических объектов с использованием RFID-идентификации, содержащей RFID-метки для размещения на биологических объектах, RFID-метки для размещения на образцах, взятых от биологических объектов, иммунохроматографические тест-полоски для экспресс-диагностики биологических объектов - иммунострипы с нанесенными на них RFID-метками, считывающее устройство - ридер, соединенный с блоком обработки данных, запрограммированным с возможностью регистрации и формирования единой базы данных, полученных от RFID-меток, при этом RFID-метки для размещения на биологических объектах являются низкочастотными, а RFID-метки для размещения на образцах, взятых от биологических объектов, и RFID-метки на иммунохроматографических тест-полосках - высокочастотными, а ридер включает две антенны, считывающие соответственно низкочастотные и высокочастотные RFID-метки.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении экспресс-диагностики биологических объектов с использованием взятых с них образцов при одновременной RFID-идентификации этих объектов.

Сущность изобретения раскрывается с помощью представленных иллюстраций.

На Фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемой системы на примере системы экспресс-диагностики инфекционных заболеваний сельскохозяйственных животных и птиц, а также RFID-идентификации всех исследуемых объектов с последующим объединением полученной информации и формированием контрольно-отчетной документации.

На Фиг. 2 показана схема определения результата проводимого исследования с помощью иммунострипа: А - положительный результат на исследуемый антиген, Б - отрицательный результат на исследуемый антиген, В - недействительный результат на исследуемый антиген; С - контрольная зона, Т - тест-зона; S - зона внесения пробы.

На Фиг. 3 представлена схема мониторинга состояния животного.

Предложенная система (Фиг. 1) содержит RFID-метки 1 для размещения на биологических объектах - животных или пищевых продуктах, RFID-метки 2 для размещения на образцах, взятых от биологических объектов, иммунохроматографические тест-полоски (иммунострипы) для экспресс-диагностики биологических объектов с нанесенными на них RFID-метками 3, считывающее устройство - RFID- ридер 4, соединенный проводной или беспроводной связью с блоком 5 обработки данных, запрограммированным с возможностью регистрации и формирования единой базы данных, полученных от RFID-меток 1, 2, 3.

В предложенной системе используются новые диагностические системы для иммунохимического анализа (иммунострипы) (см. [3]). Иммунострипы - иммунохроматографические наборы для комплексного экспресс-анализа инфекционных заболеваний животных и птиц и экспресс-диагностики пищевой продукции. Данный тест предназначен для быстрого, качественного и одностадийного выявления антигена с использованием хроматографических мембран (иммунострипов) в качестве твердого носителя с иммобилизованными на них в различных зонах антителами, одни из которых, меченые коллоидным золотом, являются конъюгатом, другие, вторичные, предназначены для фиксации иммунного комплекса. Иммунострипы 6 представляют собой пластиковые миниконтейнеры (Фиг. 2), внутри которых находятся специфические антитела к тому или иному инфекционному заболеванию. При внесении в их приемную лунку (зона S) материала от животного (сыворотка крови или смыв фекалий), где есть возбудитель (антиген), происходит очень быстрое связывание возбудителя (антигена) с этими антителами. Образуются комплексы «антиген/антитело» (серологическая реакция), которые проявляются в течение 5-10 минут цветовой реакцией (красная полоска в зоне Т), что позволяет адекватно оценить результат. В то же время каждый тест содержит зону контроля (зона С), отвечающую за достоверность результата и позволяющую минимизировать процент ошибки. Таким образом, иммунострипы дают быстрый и четкий ответ: есть на момент исследования конкретный возбудитель инфекции в объекте исследования или нет. Следует отметить, что в настоящее время уже разработан ряд иммунострипов, направленных на качественную одностадийную диагностику ряда инфекционных заболеваний животных (бруцеллез, лейкоз крупного рогатого скота, ящур и др.), а также для экспресс-диагностики пищевой продукции.

В основу предложенной системы (Фиг. 1) также положена RFTD-идентификация всех исследуемых объектов с последующим объединением полученной информации и формированием контрольно-отчетной документации. При проведении диагностического контроля на инфекционные заболевания каждое животное предварительно помечается индивидуальной RFID-меткой 1. RFID-метки 1, которые закрепляют подкожно или имплантируют в тело животного, обеспечивают точную идентификацию всех животных, организацию ведения электронных ветеринарных паспортов на каждого чипированного животного, а также ведение статистики: динамика надоев, изменение веса, учет сделанных прививок, контроль кормления, контроль за приростом и т.п.

Аналогичные процедуры проводят и для пищевых продуктов. В память RFID-метки 1 записывается информация о производителе, результаты санитарного контроля и любая другая необходимая информация. В любой момент времени, считав данные с метки, можно будет не только получить всю информацию о происхождении продукта, но и проверить ее достоверность. Установка метки может осуществляться как производителем продукции, так и контролирующим органом санитарного надзора (например, при пересечении таможни). В метку записываются данные о производителе, дате производства, сроке годности, отметки о прохождении необходимого санитарного контроля и органе, произведшем этот контроль. RFID-метка 1 является электронным паспортом продукта, причем информацию в метке можно дополнять, например, отметками о прохождении процедур контроля качества. Информация в метках может быть защищена от изменения или закодирована.

Образец биологической ткани или жидкости животного, образец пищевой продукции также метят RFID-меткой 2. RFID-метка 2 на пробирке (или другой упаковке) несет в себе полную информацию об объекте, необходимую для формирования сопроводительного документа для лаборатории, а именно: вид образца, дата отбора, краткая информация о животном или образце пищевой продукции, указание на вид исследования и др.

Для получения качественного результата о наличии «антиген/антитело» интересующего показателя биологический образец наносят на иммунострип 6, меченный RFID-меткой 3. Информация, закодированная в RFID-метках, считывается специальным ридером для RFID-меток.

Ниже представлена схема использования иммунострипов для проведения регулярного мониторинга поголовья.

Следует отметить, что RFID-метки 1, применяемые для мечения животных, являются низкочастотными (LF, рабочая частота: 125-134 КГц). Этот тип RFID-меток отличается большим расстоянием идентификации метки в системе радиочастотной идентификации и высокой мощностью. Такой принцип удобен для работы с животными, т.к. позволяет считывать метку с помощью мобильного или стационарного ридера 4 на расстоянии 30-50 см, не подходя к животному, не пугая его и не подвергаясь опасности. Звуковой и световой сигналы на ридере 4 показывают, что метка на животном считана. Преимуществом данного типа меток является возможность прохождения сигнала сквозь неметаллические объекты. Напротив, RFID-метки 2 и 3, наносимые на пробы и упаковку иммунострипов 6, являются высокочастотными (HF, рабочая частота: 13,56 МГц). Этот тип меток отличается высокой эффективностью для передачи больших объемов данных.

Преимуществами обозначенного типа меток является сравнительно низкая цена и потребление низкого уровня энергии. У высокочастотных меток скорость передачи данных более высокая, но они более энергоемкие, и их сигналы хуже проходят сквозь материалы, поэтому рекомендуется обеспечивать прямую видимость между ридером 4 и меткой 2 или 3.

В предложенной системе используются специально разработанные мобильные ридеры 4 RFID-меток, имеющие в своем составе два типа антенн, позволяющих считывать низкочастотные и высокочастотные RFID-метки. Данные ридеры 4 регистрируют и считывают информацию как с низкочастотных RFID-меток 1, находящихся на исследуемом животном или пищевом продукте, так и с высокочастотных RFID-меток 2 и 3, находящихся на пробе и иммунострипе. Информация с этих меток заносится в память ридера 4. Кроме того, результат анализа пробы (положительный или отрицательный) вручную вносится в память ридера 4. Вся указанная информация о животном/пробе пищевого продукта объединяется.

Информация, полученная с RFID-меток 1,2,3 животного, образца и иммунострипа, может передаваться с помощью беспроводной или проводной связи в аналитический центр-блок 5 обработки данных, где обрабатывается с помощью специального программного обеспечения, объединяется, и результат исследования на иммунострипе 6 привязывается к «истории» животного или образца продукта. Программное обеспечение систематизирует и объединяет полученную информацию и позволяет составить полную информационную карту по каждому животному/пробе пищевого продукта. В указанный объединенный файл также может быть внесена дополнительная информация о животном (в том числе о проведении вакцинаций), полученная от зоотехника и/или ветеринарного врача. Отчеты о проведенном исследовании, содержащие объединенный файл или его части, включают в состав внутренних отчетов сельскохозяйственной организации, а также отчетов, направляемых в управление ветеринарной области, племенную ассоциацию, государственные контролирующие органы и другие заинтересованные организации.

С использованием предложенной системы экспресс-диагностики и RFID-идентификации возможна реализация следующих технологических преимуществ:

- Оптимизация времени на исследование - применение чипирования RFID-метками позволяет моментально внести в базу данные об исследуемом образце, результате анализа и в дальнейшем использовать их в практической работе, а также - для формирования отчетности.

- Минимизация риска человеческого фактора - автоматическое считывание информации об исследуемом образце, его совмещение с иммунострипом и результатом анализа с последующим внесением в систему позволяют в значительной мере сократить вероятность ошибки.

- Персонификация каждого теста - в памяти RFID-метки изначально хранится информация о производителе и сроке годности иммунострипа, а также - сведения о животном или образце пищевой продукции. В процессе проведения теста имеющаяся информация дополняется данными животного и ответственного лица, производившего тест.

- Исключение использования контрафактной и просроченной продукции - нанесение RFID-метки в процессе производства иммунострипов гарантирует высокое качество продукции и исключает использование контрафакта.

- Удобство применения в ветеринарии и сельском хозяйстве - использование RFID-меток и мобильных ридеров позволяет избежать непосредственного контакта с животным. Кроме того, корпусные RFID-метки обладают повышенной прочностью и защищены от воздействий внешней среды.

Система обеспечивает проведение одностадийного комплексного экспресс-анализа инфекционных заболеваний животных и птиц и экспресс-диагностики пищевой продукции, упрощение сбора и передачи информации об образцах и результатах анализа с использованием RFID-идентификации объектов исследования, получения объединенного информационного отчета по проведенным исследованиям.

Действительно, в настоящее время рутинная диагностика инфекционных заболеваний сельскохозяйственных животных и птиц и анализ качества пищевой продукции и кормов проводятся с использованием стандартных методов: полимеразная цепная реакция (ПЦР), иммуноферментный анализ (ИФА) и микробиологический («классический») метод. Все указанные приемы довольно сложные и осуществляются в специализированных лабораториях, соответствующих определенным требованиям по чистоте и оборудованных рядом дорогостоящих приборов. Данные методы невозможны без проведения специальной пробоподготовки и ряда этапов постановки и детекции реакции, что обуславливает необходимость выполнения работ квалифицированными сотрудниками. Кроме того, проведение перечисленных методов требует от 6 часов до 7 рабочих дней. Напротив, используемые в предлагаемой системе иммунострипы 6 характеризуются простотой постановки (иммунострипы рассчитаны на применение сотрудниками животноводческих хозяйств, птицефабрик и пищевых производств без специальной базовой химико-биологической и ветеринарной подготовки) и высокой скоростью проведения анализа (визуальный учет результата реакции; 5-10 минут). Иммунострипы удобны в использовании: каждый из них предназначен для анализа одной пробы, причем исследования могут проводиться в «полевых» условиях (таможенные посты, сельхозпредприятия, частный сектор и т.д.). Исследования с использованием иммунострипов не требуют специальной пробоподготовки и доставки в сертифицированные лаборатории. Следует отметить относительную дешевизну получения данных с использованием иммунострипов: стоимость проведения одного исследования почти в два раза ниже, чем стоимость анализа методами ИФА и ПЦР, и не требует дорогостоящего оборудования и дополнительных расходных материалов. Предложенная система экспресс-диагностики RFTD-идентификации биологических объектов исследования позволяет упростить и ускорить передачу данных об объектах исследования, а также создать унифицированную информационную базу данных и контрольно-отчетной документации.

Таким образом, предлагаемая система имеет ряд значимых преимуществ перед существующими средствами диагностики. Во-первых, ее использование значительно ускоряет как получение результата исследований, так и их обобщение, а также формирование контрольно-отчетной документации. Во-вторых, при проведении описанных исследований нет необходимости использовать высококвалифицированный, а следовательно, дорогостоящий персонал. С данной системой может работать любой специалист, прослушавший курс по технике безопасности работы с биоматериалом, не обладающий профильными знаниями и навыками. Кроме того, не требуется закупка дорогостоящего вспомогательного оборудования. В-третьих, проведение исследований с применением описанной системы может производиться не только в лаборатории, но и в нестандартных условиях (таможенные посты, сельхозпредприятия, частный сектор и т.д.), а с помощью RFID-идентификации и беспроводной (или проводной) передачи информации полученные данные быстро попадают в лаборатории или аналитические центры, где подвергаются последующей обработке. Указанные особенности позволяют облегчить труд специалистов лабораторий и хозяйств, оптимизировав временные затраты на идентификацию исследований и позволив избежать ошибок при регистрации данных. В-четвертых, благодаря консолидации данных об образцах биологических тканей и продуктов питания и о результатах их тестирования на наличие антигена\антитела, интересующего показателя, в едином центре обработки и накопления информации формируется простая и легко реализуемая система создания контрольно-отчетной информации.